INTEGRASI MODEL SPASIAL CELLULAR AUTOMATA DAN REGRESI LOGISTIK BINER UNTUK PEMODELAN DINAMIKA PERKEMBANGAN LAHAN TERBANGUN ( Studi Kasus Kota Salatiga) Muhammad Sufwandika Wijaya sufwandika.geo@gmail.com Bowo Susilo bowo.susilo@gmail.com Abstract This research integrated Cellular Automata (CA) and binary logistic regression model to predict and study the dynamics of built-up area development in Salatiga City. In order to predict land cover distribution in 2012, 2015, and 2020, CA model utilized several factors such as (1)population growth rate, accommodated by transition matrix to predict the extent of built-up area, (2)builtup area development triggering factor such as distance from access, distance from central business district, slope, accommodated in sub-model transition map derived from binary logistic regression model, and (3)land cover condition of the area, accommodated in neighborhood model. The result of this research was landcover prediction map with overall accuracy of 78.4% and Kappa 0.48. Therefore, the validity of the model can be categorized as moderate agreement. The result also predicted that the growth rate of built-up area in Salatiga city for 2012-2020 is 43.84 ha/year and predicted westward. Keywords: Cellular Automata, Raster modeling, binary logistic regression, builtup area, Salatiga Abstrak Penelitian ini mengintegrasikan model Cellular Automata (CA) dan regresi logistik biner untuk memprediksi serta mengkaji dinamika perkembangan lahan terbangun di Kota Salatiga. Model CA pada penelitian ini melakukan prediksi sebaran penutup lahan tahun 2012, 2015, dan 2020 dengan memperhitungkan berbagai faktor. Pertama adalah faktor pertumbuhan penduduk yang diakomodasi dalam matriks area transisi untuk memprediksi luasan lahan terbangun. Kedua adalah faktor pendorong perkembangan lahan terbangun, seperti jarak terhadap aksesibilitas, jarak terhadap pusat kegiatan, serta kemiringan lereng yang diakomodasi dalam peta sub-model transisi hasil model regresi logistik biner. Terakhir adalah keadaan penutup lahan di sekitar suatu lokasi yang diakomodasi dalam model ketetanggaan. Hasil dari penelitian ini adalah peta prediksi penutup lahan dengan akurasi 78,4% serta Indeks Kappa 0,48, sehingga validitas model 125
yang dihasilkan dapat dikategorikan moderate agreement. Hasil pemodelan menunjukkan bahwa Kota Salatiga pada tahun 2012 hingga 2020 diprediksikan memiliki laju pertambahan luas lahan terbangun rata-rata 43,84 Ha/tahun dan mengarah ke barat. Kata Kunci : Cellular Automata, Pemodelan Raster, Regresi Logistik Biner, Lahan Terbangun, Kota Salatiga PENDAHULUAN Perkembangan lahan terbangun terwujud salah satunya berkat adanya proses ekspansi, proses ekspansi itu sendiri dapat diartikan sebagai proses perubahan tutupan lahan non terbangun menjadi lahan terbangu (Suharyadi, 2010). Proses ekspansi lahan terbangun tanpa kontrol sering berimbas pada hilangnya lahan-lahan yang memiliki fungsi ekologis dan kemudian berdampak pada munculnya masalah lingkungan. Berdasar hal tersebut maka sangat dipelukan kajian berupa monitoring dan prediksi mengenai perkembangan lahan terbangun. Ekspansi lahan terbangun secara spasial dapat dimonitoring dan diprediksi melalui sebuah pemodelan. Model Cellular Automata (CA) merupakan salah satu model spasial yang mampu memprediksi tutupan/penggunaan lahan, sehingga penggunaan model ini untuk prediksi perkembangan lahan terbangun sangat dimungkinkan. Dalam meningkatkan akurasi pemodelan, model CA dapat dintegrasikan dengan model lain. Model lain tersebut digunakan sebagai salah satu rule yang mengakomodasi faktor kualitas 126 inherent lahan. Salah satu model yang dapat diintegrasikan dengan model CA adalah model regresi logstik biner. Model regresi logistik biner merupakan model berbasis analisis statistik sehingga proses serta hasil dari pemodelanya dapat dipertanggungjawabkan secara kuantitatif, akan tetapi integrasi model CA dengan model regresi logistik biner untuk prediksi perkembangan lahan terbangun di Indonesia belum diketahui tingkat akurasi serta validitas pemodelanya. Tingkat akurasi serta validitas pada pemodelan prediksi dirasa sangat penting, oleh karena itu penelitian ini mencoba menguji akurasi serta validitas model CA yang di integrasikan dengan model regresi logstik biner untuk prediksi perkembangan lahan terbangun di Kota Salatiga, Provinsi Jawa Tengah. Pemilihan Kota Salatiga sebagai daerah kajian, dikarenakan kota ini sangat strategis, yaitu berada pada koridor utama penghubung Kota Solo dan Semarang sehingga lahan terbangun sangat mungkin berkembang. Berdasar uraian diatas maka tujuan dari penilitian ini adalah sebagai berikut :
1. Menguji tingkat akurasi serta validitas model Cellular Automata yang diintegrasikan dengan model regresi logistik biner untuk prediksi perubahan penutup lahan. Mengkaji sebaran, luasan, dan arah perkembangan lahan terbangun di Kota Salatiga. METODE PENELITIAN Prediksi perkembangan lahan terbangun pada penelitian ini memperhitungkan faktor pendorong dan penghambat perkembangan lahan terbangun. Faktor pendorong yang digunakan yaitu berupa jarak terhadap pusat pusat kegiatan, aksesbilitas, dan fasilitas, sedangkan faktor penghambat yang diperhitungkan adalah keadaan relief. Kesemua pameter tersebut akan diperhitungkan secara statistik menggunakan model regresi logistik, sehingga akan menghasilkan tingkat probabilitas tiap lahan non terbangun untuk berubah menjadi lahan terbangunyang direpresentasikan secara spasial. Penelitian ini juga memperhitungkan kebutuhan akan lahan terbangun dilihat dari jumlah penduduk daerah kajian. Kebutuhan akan lahan terbangun tersebut kemudian akan direpresentasikan dalam matriks area transisi. Model CA pada penelitian ini meprediksi penutup lahan tahun 2012, 2015 dan 2020. Peta Penutup lahan tahun 2012 hasil prediksi akan digunakan untuk uji model dengan cara dibandingkan dengan keadaan eksisting lapangan. HASIL DAN PEMBAHASAN Peta Probabilitas Perubahan Penutup Lahan Proses perhitungan regresi logistik biner dilakukan dengan bantuan perangkat lunak Idrisi Selva. Berdasarkan analisis regresi logistik biner antara fenomena perubahan penutup lahan non terbangun menjadi lahan terbangun (variabel dependen) dan faktor pendorong perkembangan lahan terbangun (variabel independen), dihasilkan persamaan sebagai berikut : Y = 2.1688 + (1.025*X1) + (3.80*X2) - (1.622*X3) - (1.331*X4) - (4.093*X5) - (1.018*X6) - (7.244*X7) Y : logit perubahan X1 : jarak terhadap pusat ekonomi X2 : jarak terhadap pusat industri X3 : jarak terhadap pusat pendidikan X4 : kemiringan lereng X5 : jarak terhadap jalan non utama X6 : jarak terhadap jalan utama X7 : jarak terhadap lahan terbangun eksisting Variabel independen jarak terhadap lahan terbangun eksisting memiliki kontribusi paling besar terhadap distribusi perubahan lahan non terbangun menjadi lahan terbangun di Kota Salatiga, yaitu dengan koefisien regresi paling tinggi yaitu -7,2. Variabel independen dengan kontribusi paling kecil terhadap distribusi perubahan lahan non terbangun menjadi lahan terbangun di Kota Salatiga adalah jarak terhadap jalan utama, yaitu dengan koefisien regresi -1,018. 127
Peta Probabilitas Perubahan Penutup Lahan Non Terbangun Menjadi Lahan Terbangun Kota Salatiga Matriks Area Transisi Matriks area transisi ini memiliki fungsi sebagai pembatas jumlah piksel yang dinyatakan berubah pada proses automaton, hal tersebut berarti matriks area transisi berkaitan dengan prediksi luasan perubahan penutup lahan.pada penelitian ini, luasan penutup lahan diprediksi dengan mempertimbangkan laju pertumbuhan penduduk di daerah kajian pertumbuhan penduduk di daerah kajian. Asumsi yang digunakan dalam prediksi luas lahan terbangun adalah pertambahan luasan penduduk suatu wilayah selalu diikuti dengan 128
luasan lahan terbangun. Asumsi tersebut yang digunakan sebagai acauan dalam analisis hubungan menggunakan persamaan regresi sederhana antara pertambahan jumlah penduduk (variabel independen) mempengaruhi pertambahan luas lahan terbangun (variabel dependen). Tabel Perbandingan Peningkatan Jumlah Penduduk dan Luas Lahan Terbangun No Tahun Jumlah Penduduk (Jiwa) Luas Lahan Terbangun (Ha) 1 2001 147.425 1540,238 2 2003 152.878 1638,518 3 2006 161.575 1750,14 4 2009 170.947 1813,635 Sumber: Pemrosesan, 2012 Gambar Diagram Pencar Antara Luas Lahan Terbangun (x) denganjumlah Penduduk (y) Sumber: Pemrosesan, 2012 Jumlah penduduk Kota Salatiga tahun 2015 diprediksikan mencapai 191.985 jiwa dengan luas lahan terbangun mencapai 2.090,85 Ha. Pada tahun 2020, jumlah penduduk Kota Salatiga diperkirakan mencapai 212.223 jiwa dengan luas lahan terbangun 2.329,65 Ha. Peningkatan 1 jiwa penduduk di Kota Salatiga disertai dengan peningkatan luas lahan terbangun 0,0118 Ha atau sekitar 118 m 2. Rata-rata pertambahan luas lahan terbangun di Kota Salatiga pada tahun 2012 hingga 2020 adalah 45,96 Ha/tahun. Dilihat dari sudut pandang logika, peningkatan 1 jumlah penduduk yang diikuti dengan peningkatan 118 m 2 terkesan overestimate, seharusnya perlu dilakukan kajian dan klarifikasi ulang di lapangan mengenai hubungan pertambahan lahan terbangun dengan pertambahan penduduk di Kota Salatiga. Tabel Prediksi Luas Lahan Terbangun Tahun 2012, 2015, dan 2020 No Tahun Jumlah Penduduk (jiwa) Persamaan Luas Lahan Terbangun (Ha) 1 2012 181060 Y = 0,118x -174,58 1961,92 2 2015 191985 Y = 0,118x -174,58 2090,85 129
3 2020 212223 Y = 0,118x -174,58 2329,65 Sumber: Pemrosesan, 2012 Berdasar kalkulasi luasan objek lahan terbangun pada tahun 2009 adalah 1.813,635 Ha atau setara 80.607 piksel. Berdasarkan hasil perhitungan prediksi luas lahan terbangun tahun 2012, luas lahan terbangun diprediksikan menjadi 1.961,92 Ha atau sekitar 97.197 piksel (1 piksel = 225 m²). Jumlah piksel yang berubah dari lahan non terbangun menjadi lahan terbangun dari tahun 2009 ke tahun 2012 adalah 97.197 80.607 = 6.590 piksel. Berdasarkan asumsi bahwa perubahan penutup lahan terjadi searah serta hanya terdapat dua kelas penutup lahan maka perubahan penutup lahan dari kelas lahan terbangun menjadi lahan non terbangun adalah 0 piksel. Gambar Matriks Area Transisi perubahan Penutup Lahan Tahun 2009-2012 Class 1 : Lahan Terbangun, Class 2 : Lahan Non Terbnagun Sumber: Pemrosesan, 2012 Proses Automaton Dalam proses automaton, pertama dilakukan filtering terhadap piksel dengan kelas lahan terbangun pada penutup lahan T4 (base landcover) menggunakan model ketetanggan/kernel yang ditentukan. Sederhananya filtering ini adalah menghitung jumlah piksel lahan terbangun disekitar lokasi suatu piksel. Proses filtering dilakukan pada seluruh piksel di liputan daerah kajian. Setelah proses filtering dilakukan proses normalisasi pada peta hasil filtering, sehingga rentang nilai pikselnya menjadi 0-1. Peta hasil normalisasi dari proses filtering tersebut dikalikan dengan peta probabilitas penutup lahan (submodel transisi), sehingga menghasilkan peta baru yang disebut peta probabilitas transisi. Proses terakhir dari pemodelan CA adalah proses penentuan piksel yang akan diputuskan berubah kelas dari lahan non terbangun menjadi lahan terbangun. Berdasarkan matriks area transisi perubahan penutup lahan tahun 2009 ke 2012, terjadi perubahan dari kelas lahan non terbangun menjadi lahan terbangun dengan jumlah 6.590 piksel. Piksel 130
yang diputuskan untuk berubah kelas adalah piksel dengan kelas penutup lahan non terbangun pada peta penutup lahan tahun 2009 (base landcover), yang berjumlah total 6.590 piksel (sesuai matriks area transisi) dengan nilai tertinggi pada peta probabilitas transisi. 2012 2015 2020 Gambar Penutup Lahan Hasil Prediksi Integrasi Model Cellular Automata dan Regresi Logistik Biner (Sumber Pemrosesan 2012) Validasi Model Cellular Automata Overall akurasi optimal yang dihasilkan model Cellular Automata (CA) yang dintegrasikan dengan analisis regresi logistik biner 78,8 %, sedangkan untuk indeks Kappa tertinggi adalah 0,48. Berdasar nilai Perkembangan Lahan Terbangun Kota Salatiga Berdasarkan kalkulasi luasan peta penutup lahan tahun 2001, 2003, 2006 dan 2009 menunjukkan peningkatan luasan lahan terbangun yang cukup signifikan di Kota Salatiga. Pada tahun 2001, luas lahan terbangun mencapai 1.540 Ha dan meningkat pada tahun 2003 menjadi 1.638 Ha. Peningkatan lahan indeks kappa tersebut model CA yang diintegrasikan dengan model regresi logistik biner menghasilkan model prediksi dengan kategori validitas moderate agreement. terbangun terus terjadi hingga pada tahun 2009, yaitu mencapai 1.813 Ha. Jika dihitung rata-rata pertambahan luas lahan terbangun Kota Salatiga dari tahun 2001 hingga tahun 2009 adalah 35.83 Ha/Tahun. Hasil analisis dari model Cellular Automata (CA) menunjukkan bahwa pertambahan luas lahan terbangun 131
akan terus terjadi di masa yang akan datang. Tahun 2012 luas lahan terbangun di Kota Salatiga diprediksikan mencapai 1.962,92 Ha. Luasan tersebut diprediksikan terus mengalami pertambahan hingga mencapai 2090.85 Ha pada tahun 2015, serta 2329.65 Ha pada tahun 2020. Berdasarkan data luasan lahan terbangun tahun 2012, 2015 dan 2020 tersebut, dapat diketahui laju pertambahan luas lahan terbangun rata-rata 45,20 Ha/tahun. Arah Perkembangan Kota Salatiga pada tahun 2001 2009 mengarah kearah barat laut. Pada tahun 2012 2020 berdasar model CA diprediksikan mengarah kearah barat Kota Salatiga. KESIMPULAN 1.Integrasi model Cellular Automata dengan regresi logistik biner dapat dioptimalkan dengan penggunaan matriks area transisi yang mempertimbangkan pertumbuhan penduduk serta dengan berbagai variasi pengaturan model ketanggaan pada proses automaton untuk mencapai akurasi dan tingkat validitas optimal. Intergasi cellular automata dan regresi logistik biner untuk prediksi perubahan penutup lahan di Kota Salatiga mampu mendapatkan overall akurasi 78,20% serta indeks kappa 0,48 sehingga validitas model tersebut tergolong dalam kategori moderate agreement. 2. Pertambahan luas lahan terbangun di Kota Salatiga pada tahun 2001 hingga 2009 memiliki laju 35,83 Ha/tahun. Luas lahan terbangun di Kota Salatiga pada tahun 2001 adalah 1540,238 Ha dan meningkat menjadi 1813,635 Ha pada tahun 2009. Pusat perkembangan lahan terbangun di Kota Salatiga pada tahun 2001 hingga 2009 berada di sekitar perbatasan kecamatan Sidomukti dan Sidorejo atau mengarah ke bagian barat daya jika dilihat dari pusat kota (Central Bisnis Distric Jalan Pangeran Diponegoro). Perkembangan lahan terbangun Kota Salatiga pada gtahun 2012 hingga 2020 diprediksikan mengalami peningkatan laju pertambahan luas jika dibandingkan dengan laju pertambahan luas pada tahun 2001 hingga 2009 yaitu menjadi 45.20 Ha/tahun. Luas lahan terbangun pada tahun 2012 diprediksi mencapai 1962,92 Ha dan akan terus meningkat hingga 2329 Ha pada tahun 2020. Pusat perkembangan lahan terbangun pada tahun 2012 hingga 2020 diprediksikan sedikit bergeser ke selatan jika dibandingkan dengan pusat perkembangan pada tahun 2001 hingga 2009. Dapat disimpulkan bahwa perkembangan lahan terbangun di Kota Salatiga pada tahun 2012 hingga tahun 2020 mengarah ke sebelah barat dari pusat Kota. DAFTAR PUSTAKA Aguayo, M. I., Wiegand, T., Azocar, G. D., Wiegand, K., & Vega, C. E. (2007). Revealing the Driving Forces of Mid-Cities Urban 132
Growth Patterns Using Spatial Modeling: a ase Study of Los Ángeles, Chile. Ecology and Society, 12, 1-30. Deliar, A. (2010). Pemodelan Hibrid Dalam Prediksi Dinamika Perubahan Tutupan Lahan (Studi Kasus: Wilayah Bandung), Disertasi. Bandung: Teknik Geodesi dan Geomatika, Institut Teknologi Bandung. Suharyadi. (2010). Interpetasi Hibrida Citra Satelit Resolusi Spasial Menengah Untuk Kajian Densifikasi Bangunan Daerah Perkotaan Di Daerah Perkotaan Yogyakarta, Ringkasan Desertasi. Yogyakarta : Fakultas Geografi Universitas Gadjah Mada Susilo, B. (2005). Model SIG-Binary Logistic Regression Untuk Prediksi Perubahan Penggunaan Lahan (Studi Kasus di Daerah Pinggiran Kota Yogyakarta), Tesis. Bandung: Teknik Geodesi dan Geomatika, Institut Teknologi Bandung. Susilo, B. (2006). Geokomputasi Berbasis Sistem Informasi Geografi dan Cellular Automata untuk Pemodelan Dinamika Perubahan Penggunaan Lahan di Daerah Pinggiran Kota Yogyakarta, Laporan Penelitian. Yogyakarta: Fakultas Geografi Universitas Gadjah Mada 133